煤矿安全监测监控技术安徽省高安徽省高职精品精品课程程副教授2024/9/191煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术一、教学方法：采用一、教学方法：采用“启启发式式”教学法。教学法。二、精二、精讲内容：内容： 项目一目一 煤矿安全监测监控技术的发展与应用项目二煤矿安全监测监控系统中信息传输项目三煤矿安全监测监控系统的分类、组成与结构三、回三、回顾旧旧课四、授四、授课内容：内容： 模模块一一 煤煤矿安全安全监测监控系控系统基基础知知识2024/9/192煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识模块一煤矿安全监测监控系统初识项目一煤矿安全监测监控技术的发展与应用任任务1了解了解煤矿安全监测监控系统的历史发展任任务2我国煤矿安全监测监控系统的现有技术水平任任务3我国煤矿安全监测监控系统在“一通三防”中的作用任任务4复习思考题项目二煤矿安全监测监控系统中信息传输任任务1通信网络的结构及特点任任务2传输系统的构成及构成部件的作用任任务3通信方式任任务4信道复用的方式及每种复用技术的工作原理与特点任任务5模拟信号调制原理及调制方式与特点任任务6数字信号调制原理及调制方式与特点任任务7常用的矿用通信电缆种类及特点任任务8复习思考题煤矿安全监测监控技术2024/9/193煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识模块一煤矿安全监测监控系统初识项目三煤矿安全监测监控系统的分类、组成与结构任任务1煤矿安全监测监控系统的分类任任务2煤矿安全监测监控系统的作用任任务3矿井监测监控系统的组成及技术特征任任务4矿井监测监控系统特点及要求任任务5复习思考题煤矿安全监测监控技术2024/9/194煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务11煤矿安全监测监控系统的历史发展一、一、历史史发展与国内外展与国内外现状状20世世纪60年代工年代工业发达国家开始研制达国家开始研制矿井井监测监控系控系统：法国美国英国德国20世世纪80年代，我国开始研制煤年代，我国开始研制煤矿安全安全综合化和数字合化和数字化网化网络监测管理系管理系统2006年年2月月颁布了中布了中华人民共和国安全生人民共和国安全生产行行业标准准煤煤矿安全安全监控系控系统通用技通用技术要求要求二、煤二、煤矿监测监控技控技术发展展趋势1、数字化监控技术2、矿井工业以太网技术3、全矿井综合监控系统煤矿安全监测监控技术2024/9/195煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识任务任务1 煤矿安全监测监控系统的历史发展煤矿安全监测监控技术数字化监控系统结构示意图2024/9/196煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识任务任务1 煤矿安全监测监控系统的历史发展煤矿安全监测监控技术返回目录2024/9/197煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务22我国煤矿安全监测监控系统的现有技术水平一、系一、系统中心站中心站环境监测方面主要监测煤矿井下各种有毒有害气体及工作面的作业条件生生产监控方面控方面主要主要监控地面与井下主要生控地面与井下主要生产环节的各种生的各种生产参数和重要参数和重要设备的运行状的运行状态参数参数中心站中心站软件方面件方面具有显示测量参数、数据报表、曲线显示、图形生成、数据存储、故障统计和报表、报告打印功能煤矿安全监测监控技术2024/9/198煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务2 2我国煤矿安全监测监控系统的现有技术水平煤矿安全监测监控技术2024/9/199煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务22我国煤矿安全监测监控系统的现有技术水平三、三、监控系控系统井下分站功能井下分站功能通信测试功能分站分站设程控功能程控功能实现断断电仪功能、功能、风电瓦斯瓦斯闭锁功能、瓦斯管道功能、瓦斯管道监测功能和一般功能和一般的的环境境监测功能等功能等接收地面中心站初始化本分站参数接收地面中心站初始化本分站参数设置功能置功能传感器配接通道号、量程、断电点、断电点、报警上限和报警下限等分站本身具备超限报警功能分站接收中心站对本分站指定通道输出控制继电器实施手控操作功能和异地断电功能四、各种四、各种传感器与控制器感器与控制器甲烷、一氧化碳、风速、负压、温度、煤仓煤位、水仓水位、电流、电压和有功功率等，开关量传感器主要有机电设备开停、机电设备馈电状态、风门开关状态等煤矿安全监测监控技术2024/9/1910煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务3 3煤煤矿安全安全监测监控系控系统在在“ “一通三防一通三防” ”中的作用中的作用一、及一、及时掌掌握握矿井通井通风状况，状况，为排除事故排除事故隐患患提供准确信息提供准确信息通过监控系统中接入的甲烷、风速、风门开关等传感器采集的数据和监测到的通风设备（如主扇、局扇）、设施（风门）状态，系统中心站、矿调度所、通风区调度能够及时掌握矿井的通风安全状态，一旦出现通风状况异常，能够尽快采取措施，避免通风方面的重大事故案例：潘一矿监控系统中心站曾经及时发现4Km以外的东风井负压突然降到零，由东风井回风的东一、东二采区回风巷风速也降到零，监控中心站值班人员由此判断东风井风机停了，先于东风井风机值班人员报告矿调度所并通知机电部门，及时排除故障，恢复了矿井东翼的通风。其它诸如风门打开未能及时关闭，造成风流短路，局部通风机停止运转而引起的瓦斯超限等事故，由于发现及时，得到了迅速处理煤矿安全监测监控技术2024/9/1911煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务3 3煤煤矿安全安全监测监控系控系统在在“ “一通三防一通三防” ”中的作用中的作用二、二、连续监测瓦斯瓦斯变化，化，实现瓦斯超限瓦斯超限报警警断断电当瓦斯超限时可自动发出报警并切断被控设备的电源，防止瓦斯超限继续作业。对具有煤与瓦斯突出危险的工作面，特别是石门揭穿突出危险煤层时，在执行远距离放炮和震动放炮中，利用监控系统可以及时掌握瓦斯变化，已成为防治瓦斯突出事故的重要安全措施案例：潘一矿2000年5月26日12时8分，施工的东二21118回风联巷时，发生了一起炮后煤与瓦斯突出事故，正在迎头施工的5名作业人员被煤粉埋压造成窒息死亡，突出煤量226吨、瓦斯量3908立方米，突出的瓦斯浓度在爆炸限内，局部通风机的进风侧的瓦斯浓度也在爆炸限内，监控系统在12时07分08秒自动切断了该工作面及其回风流中的所有电器设备的电源，防止了瓦斯爆炸事故发生，避免了灾变事故的扩大煤矿安全监测监控技术2024/9/1912煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务3 3煤煤矿安全安全监测监控系控系统在在“ “一通三防一通三防” ”中的作用中的作用三、三、连续监测煤煤层自燃火情，指自燃火情，指挥灭火火抢险监控系统中接入的一氧化碳传感器，可以在自燃发火预测预报中发挥重要作用，在有自燃倾向煤层的回采中，特别是综放回采面，通过一氧化碳传感器监测一氧化碳浓度的变化趋势，为正确制定防火措施和指挥生产提供依据案例：谢桥矿开采1121（3）综放面在整个回采过程中，监控系统每天打印该面的一氧化碳浓度变化趋势曲线和数据，不仅能够及早发现火情，而且在灭火中，利用监控系统多处设置的测点，连续、及时、准确提供信息，供技术人员分析、研究，指挥灭火抢险煤矿安全监测监控技术2024/9/1913煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务44复复习思考思考题1、简述煤矿安全监测监控系统的发展过程。2、简述我国煤矿安全监测监控系统的现有技术水平。3、简述煤矿安全监测监控系统在“一通三防”中的作用煤矿安全监测监控技术2024/9/1914煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识项目二煤矿安全监测监控系统中信息传输 任务任务1 通信网络的结构及特点 煤矿安全监测监控技术图1-4 通信网络结构示意图 2024/9/1915煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务11通信网络的结构及特点一、星状一、星状结构构系统中的每个分站通过一根电缆与中心站相连，如图1-4（a）所示二、二、树状（形）状（形）结构构系统中每一个分站使用一根传输电缆就近接到系统传输电缆上，传感器与分站呈星形结构联结，各分站将传感器传送来的信息经处理后，通过公用通信电缆传输给地面中心站，如图1-4（b）所示三、三、环路（形）路（形）结构构系统中各分站与中心站用一根电缆串在一起形成一个环，中心站不与各分站直接连接，而是环路内的分站（最多16个）中只有一个分站与中心站用电缆连接，该分站再用电缆与另一分站连接，每个分站均有一个传输移位寄存器，各分站的传输移位寄存器由“数据下”这根芯线串联起来，环路中的最后一个分站的“数据下”芯线与“数据上”芯线连接形成环路来传输信息。如图1-4（c）所示四、总线型结构传输介质（传输线路）由各结点（分支中继器或分站）共享，各结点可请求向总线发送信息，当总线上没有信息传送时，请求才会被批准，已发送到总线上的信息，所有结点都能接收，但只有当信息流中的地址与结点地址相同时，才被获准接收煤矿安全监测监控技术2024/9/1916煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务11通信网络的结构及特点总线型结构1、特点：成本较低，稳定性较好，用户增加时，造成线路竞争，通信速率下降2、现场总线它把单个分散的过程控制设备变成智能控制节点，以现场总线作为传输手段，把他们连结成可以相互交换信息、共同完成协调控制的网络式分布式控制系统3、现场总线系统的技术特点系统具有开放性和互用性系统功能自治性系统具有对环境的适应性系统具有分散性煤矿安全监测监控技术2024/9/1917煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术 任任务22传输系统的构成及构成部件的作用2024/9/1918煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务2 2传输系统的构成及构成部件的作用一、一、传输系系统的构成的构成信息源：是传输系统发送端，主要是指被测参数经传感器变成的电信号。终端设备：是指传输系统的接收端，是进行信号的记录、显示和数据处理等设备。信源编码：是解决模拟信号的数字化和提高数字信号的有效性。信源解码：是信源编码的反变换。信道编码及解码：是指为了减少了差错，提高可靠性，人为地按一定规则增加一些多余的数码与数据码一起传输，在接收端根据附加的数码可发现和纠正数据码的差错。调制器：用被传输的信号对载波进行某种调制，然后用已调载波进行传输的设备。解调器：是从已调载波中恢复出调制信号的设备。信道：是信息传输的媒介。干扰：是信息传输中的主要障碍。煤矿安全监测监控技术2024/9/1919煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术通通信信方方式式-信信息息流流动动方方向向任务任务3 通信方式通信方式2024/9/1920煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术通通信信方方式式-传传输输方方式式 任务任务3 通信方式通信方式2024/9/1921煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术通通信信方方式式-异异步步通通信信 任务任务3 通信方式通信方式2024/9/1922煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务33通信方式通信方式检错技技术1、奇偶校验在每一串所发送的载有信息的码字之后加一位奇（偶）检验位，该位的取值（0或1）应满足2、循、循环冗余冗余检验就是利用一就是利用一组被称被称为常数的二常数的二进制数去除一制数去除一组载有信有信息的二息的二进制序列，然后将余数跟随在制序列，然后将余数跟随在这组载有信息的二有信息的二进制序列制序列发送送3、纠错技技术普遍采用的纠错方法是多次发送，取其平均值或择多判决煤矿安全监测监控技术2024/9/1923煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术信信道道的的复复用用 -频频分分复复用用信信道道 任务任务4信道复用的方式及每种复用技术的工作原理与特点 2024/9/1924煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术信信道道的的复复用用 -分分时时复复用用信信道道 任务任务4 信道复用的方式及每种复用技术的工作原理与特点2024/9/1925煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术信信道道的的复复用用 -分分时时复复用用信信道道 任务任务4 信道复用的方式及每种复用技术的工作原理与特点2024/9/1926煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术信信道道的的复复用用 -频频分分与与分分时时复复用用信信道道 比较 任务任务4 信道复用的方式及每种复用技术的工作原理与特点2024/9/1927煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术连连续续波波调调制制 -调调幅幅与与调调频频 任务任务5 模拟信号的调制原理及调制方式与特点 2024/9/1928煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术连连续续波波调调制制 -脉脉冲冲调调制制脉冲幅度调制（ PAM ） 脉冲宽度调制（ PDM ） 脉冲位置调制（ PPM ） 脉冲频率调制（ PFM ） 脉冲编码调制（ PCM ） 任务任务5 模拟信号的调制原理及调制方式与特点 2024/9/1929煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术A/D （模模/数数）转转换换 任务任务6数字信号调制的原理及调制方式与特点2024/9/1930煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术PCM系系统统时时分分制制多多路路传传输输 任务任务6数字信号调制的原理及调制方式与特点2024/9/1931煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术基基带带信信号号 a-单极性归零脉冲 b-双极性不归零脉冲 c-单极性归零脉冲 d-双极性归零脉冲 e-双极性“1”交替出现脉冲 f-差分脉冲 任务6数字信号调制的原理及调制方式与特点2024/9/1932煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识任务6数字信号调制的原理及调制方式与特点三、三、频带信号信号1、数字振幅调制即振幅即振幅键控（控（ASK），它的），它的调制信号制信号为单极性不极性不归零脉零脉冲或冲或归零脉冲，零脉冲，载波波为高高频振振荡信号信号2、数字频率调制即移频键控（FSK），它是利用双极性不归零脉冲中正、负极性信号分别对两个振荡器激发，使其发出两种不同频率的频带信号3、数字相位调制即移相键控（PSK）。移相键控就是载波的相位受数据信息控制，经双极性脉冲调制后输出的调相波煤矿安全监测监控技术2024/9/1933煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术任务任务7 常用的矿用通信电缆种类及特点 同轴电缆与矿用电缆相比其优点为：一是对电信号的衰减较小；二是传输信号通路多；三是抗干扰能力较强；四是可用来传输宽频带的视频通信号2024/9/1934煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识煤矿安全监测监控技术任务任务7 常用的矿用通信电缆种类及特点 2024/9/1935煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务88复复习思考思考题1、简述煤矿安全监测监控系统中的网络结构形式及特点。2、简述传输系统模型中每个部分的主要作用。3、解释名词：单向传输、半双工、全双工、串行传输、并行传输、同步通信、异步通信、奇偶校验、循环冗余检验、多次发送纠错、取其平均值纠错、择多判决纠错。4、简述信号复用的原理、常用的复用方式及特点。5、简述模拟信号调制目的、调制方法及调制信号的种类。6、简述数字传输系统与模拟传输系统相比具有哪些特点。7、简述A/D（模/数）转换过程。8、简述什么是基带信号，常见的基带信号类型及特点。9、简述什么是频带信号，常见的频带信号的类型。10、画图说明HUYV型矿用通信电缆、同轴电缆的结构。11、简述光缆的分类、结构及通信特点。煤矿安全监测监控技术2024/9/1936煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识项目三煤矿安全监测监控系统的分类、组成与结构 任任务11矿井井监测监控系控系统的分的分类1、按监控目的分类2、按使用、按使用环境分境分类3、按复用方式分、按复用方式分类4、按采用的网、按采用的网络结构分构分类5、按信号、按信号传输分分类6、按、按调制方式分制方式分类7、按同步方式不同分、按同步方式不同分类8、按工作方式分、按工作方式分类煤矿安全监测监控技术2024/9/1937煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务22矿井井监测监控系控系统的作用的作用1、环境安全境安全监控系控系统2、轨道运道运输监控系控系统3、胶、胶带运运输监控控4、提升运、提升运输监控系控系统5、供、供电监控系控系统6、排水、排水监控系控系统7、火灾、火灾监控系控系统8、瓦斯抽放、瓦斯抽放监测监控系控系统9、人、人员位置位置监测系系统10、矿山山压力力监控系控系统11、煤与瓦斯突出、煤与瓦斯突出监控系控系统12、大型机、大型机电设备健康状况健康状况监控系控系统煤矿安全监测监控技术2024/9/1938煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务3 3矿井井监测监控系控系统的的组成及技成及技术特征特征煤矿安全监测监控技术2024/9/1939煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务3 3矿井井监测监控系控系统的的组成及技成及技术特征特征1、矿井井监测监控系控系统的的组成成矿井井监测监控系控系统主要由主要由传感器、感器、执行机构、分站、行机构、分站、电源箱源箱(或或电控箱控箱)、主站、主站(或或传输接口接口)、主机、主机(含含显示器示器)、打印机、模打印机、模拟盘、多屏幕、多屏幕、UPS电源、源、远程程终端、网端、网络接口接口电缆和接和接线盒等盒等组成成2、矿井井监测监控系控系统的技的技术特征特征（1）传感器及感器及执行机构采用星形网行机构采用星形网络结构与分站相构与分站相连、单向模向模拟传输。（2）分站至主站）分站至主站问采用采用树形、形、环形或形或树形与星形混合形与星形混合网网络结构，多路复用、构，多路复用、单工或双工、串行数字工或双工、串行数字传输。（3）采用微型）采用微型计算机、大算机、大规模集成模集成电路、固路、固态继电器器及大功率及大功率电力力电子器件、投影子器件、投影仪、大屏幕、模、大屏幕、模拟盘、多、多屏幕、屏幕、电视墙等，具有彩色等，具有彩色显示、磁示、磁盘记录、打印、打印报表、表、联网等功能。网等功能。煤矿安全监测监控技术2024/9/1940煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务44矿井井监测监控系控系统特点特点1、电气防爆气防爆2、传输距离距离远3、网、网络结构宜采用构宜采用树形形结构构4、监控控对象象变化化缓慢慢5、电网网电压波波动大，大，电磁干磁干扰严重重6、工作、工作环境境恶劣劣7、传感器感器(或或执行机构行机构)宜采用宜采用远程供程供电8、不宜采用中、不宜采用中继器器煤矿安全监测监控技术2024/9/1941煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务44矿井井监测监控系控系统要求要求1、系、系统具有模具有模拟量、开关量和累量、开关量和累计量量监测功能功能2、系、系统具有声光具有声光报警、模警、模拟量和开关量手量和开关量手动(含含远程地程地面面)与自与自动控制功能控制功能3、系、系统具有具有备用用电源源4、系、系统具有自具有自检功能功能5、系、系统主机双机主机双机备份，并具有手份，并具有手动切切换功能功能6、系、系统具有具有实时存存储功能功能7、系、系统应具有列表具有列表显示功能。示功能。8、系、系统具有模具有模拟量量实时曲曲线和和历史曲史曲线显示功能。示功能。9、系、系统具有柱状具有柱状图显示功能示功能10、系系统具有模具有模拟动画画显示功能示功能11、系、系统具有系具有系统设备布置布置图显示功能示功能煤矿安全监测监控技术2024/9/1942煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务44矿井井监测监控系控系统要求要求12、系、系统召召唤打印功能打印功能13、系、系统应具有人机具有人机对话功能，功能，14、系、系统应有防雷措施有防雷措施15、系、系统应有抗干有抗干扰措施措施16、系、系统分站分站应具有初始化参数掉具有初始化参数掉电保保护功能功能17、系、系统具有工具有工业电视图像等多媒体功能。像等多媒体功能。18、系、系统宜具有网宜具有网络通信功能。通信功能。19、地面、地面设备具有防静具有防静电措施。措施。20、系、系统工作工作稳定，性能可靠。定，性能可靠。21、系、系统调出整幅出整幅实时数据画面的响数据画面的响应时间小于小于5秒。秒。22、电源波源波动适适应范范围：(a)90110(地面地面)；(b)75110(井下井下)。煤矿安全监测监控技术2024/9/1943煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识 任任务55复复习思考思考题1、简述矿井监测监控系统的分类。2、简述矿井监测监控系统的作用。3、矿井监测监控系统主要由哪几部分组成。4、简述单方面多参数矿井监测监控系统的技术特征。5、简述矿井监测监控系统特点。6、简述矿井监测监控信息传输要求。煤矿安全监测监控技术2024/9/1944煤矿安全监测监控技术姚向荣模块一煤矿安全监测监控系统初识